现代科技助力高水平运动员训练恢复的功能价值与实现路径

黄开放, 刘子恒, 仰金星, 郭月德

科学化、智能化是竞技体育创新能力的标志。《“十四五”体育发展规划》(以下简称《规划》)指出,将提升科学化水平、加强科技助力作为重要任务。《规划》强调推动训练标准化、基地建设智能化和训练数据库建设,加强引导科技全面赋能竞技体育,推动竞技体育高质量发展[1]。《2011～2020年奥运争光计划纲要》提出要进一步完善体育科技工作的体制机制,提高科技助力高水平运动员恢复的贡献率,突破竞技体育发展和备战奥运组织工作中的制约因素。近年来,中国的竞技体育得到跨越式发展,涌现出一大批闻名遐迩的世界冠军,在薄弱项目上也获得了突破。如苏炳添成为第一个跑进10秒的黄种人,李娜成为第一位获得法网大满贯单打桂冠的亚洲人。事实表明,科技助力我国竞技体育向着更高、更快、更强、更好的方向发展。笔者通过对运动员营养恢复、身体恢复、损伤恢复、睡眠质量四个方面的综述为科技助力竞技体育发展探明新方向。

1 现代科技助力竞技体育的内涵要义

放眼全球,科技在竞技体育中的作用越来越突出。建设体育强国,必须实现高水平的体育科技自立自强。从1984年奥运金牌“零”的突破到2008北京奥运会金牌榜第一,科技在竞技体育中的贡献率不断增强;1994年,《奥运争光计划纲要》指出要发挥科学技术在竞技体育中的作用,牢固树立向科技要成绩的概念;2008年,北京奥运会首次提出“科技奥运”的理念;2019年,《体育强国建设纲要》提出要加强体育科技创新力度,科技创新助力竞技体育综合实力提升,增强为国争光能力,更加强调科技在体育竞技舞台中的重要作用[2];2022年,北京冬奥会,贯彻“科技冬奥”理念,80个科研项目,212项技术在“零排供能、绿色出行、5G共享、智慧观赛、运动科技、清洁环境、安全办赛”等方面落地应用,向世界展现中国力量的同时,保障了冬奥会的顺利举办。《“十四五”体育发展规划》指出,立足新时代,把握新机遇,以新科技及其应用的新领域为依托,强化科技创新驱动,完善体育科研体系,建立更加灵活的科技创新机制,增强科技助力奥运争光能力。

科技助力竞技体育,既是“人”的科技化在更高、更快、更强的赛道上不断突破,也是“科技”的人性化给予了人以切实的帮助(见图1)[3]。对于高水平运动员而言,在无科技加持的情况下进行高强度训练,专项运动成绩的提升空间相对较为局限。运动员的竞技能力要想达到国际顶尖水平并接近身体极限,只有在保障科学化的训练的同时,优化训练环境,改进技术动作,提高机体恢复质量,才能取得更好的成绩。在群众体育领域,运动智能手环、速干衣、“氢弹科技”篮球鞋等高科技手段,为大众的体育锻炼提供了科学的数据分析以及健康保障,增强了大众在体育中的“获得感”,对于“健康中国”战略、体育强国建设起到了推进作用。

图1 科技助力竞技体育发展模式图

2 现代科技助力运动员训练恢复的功能价值

竞技体育的金牌之争,只靠教练员的经验、运动员的汗水来提高运动水准的时代已经一去不返。对于新阶段而言,利用科学知识、先进技术来提高运动员水准的“知识体育时代”已经来临[4]。竞技体育的高强度、大负荷决定了运动员受伤的不可避免性,尤其是在奥运备战周期内,对运动员体能、生理、心理都有极高的要求。此时,运动员的恢复显得尤为重要。各国在保障运动员的健康,延长运动员的职业周期、高效的备战奥运等方面,采取了一系列的保障措施。2022年,北京冬奥会期间,美国成立的包括运动防护师、按摩治疗师、营养学家和内科医生在内的5人医疗小组,保障了运动员在比赛期间的身体健康[5]:法国启动“体育优先计划”,加大资金投入,通过科技手段的研发,加强了运动员伤病的预防以及治疗[6];澳大利亚利用3D人体扫描、磁共振成像和动作捕捉数据研发出“数字运动员”,帮助教练员针对高水平运动员制定个性化训练、损伤预防和伤后康复计划[7];日本根据赛程安排,使用人工太阳照射灯,对运动员早上3点起床等不规律的生活进行调节[8]。由此可见,各国非常重视保障运动员身体健康,并以科技手段为运动员保驾护航成为新的发展趋势。

2.1 科技助力运动员营养恢复

对于一个高水平的运动员来说,营养是一个非常重要的运动要素。专业的体育运动员在进行高强度的训练时,他们的身体机能的消耗要比常人更多。如果不能进行相应的饮食营养摄入,那么运动员就会像枯草一样,处于一种崩溃的状态[9]。对于高水平运动员,营养不仅可以通过优化运动员的训练适应来提高运动员的表现,改善机体的健康状况,而且对增强机体免疫力、预防运动损伤也非常重要。KIM J的研究指出,长期的训练能量由肌肉储存的糖原提供,糖原的过度消耗容易导致运动员脱水及加快蛋白质分解,进而造成肌肉损伤。如果持续下去,便会影响免疫系统、代谢和心理功能[10]。比赛和训练后蛋白质的补充也是非常必要的。优质的蛋白质供给能够让竞技运动员在运动状态过程中运动水平得以提升。通过蛋白质的快速分解和消耗能够加快在运动后血液中乳酸的浓度降低,缓解运动员产生的运动疲劳。在训练后补充一些含有维生素D、β-丙氨酸、咖啡因、β-羟基-β-甲基丁酸(HMB)和甜菜根的营养物有助于减缓疲劳,促进力量和耐力的恢复,而且对于减少因过度训练而导致受伤或训练表现不佳综合症(UUPS)的风险也非常重要[11]。

依据北京冬奥会研发的智能餐台,结合运动员的营养账户,在运动员生化机能、训练消耗、营养需求等方面进行科学分析,确保比赛后运动员营养的补充,帮助中国运动员在冬奥会获得巨大的突破。然而依据不同项目的运动员的生理特点不同,营养的需求也不同。例如:世界足球巨星C罗在2022年卡塔尔世界杯中,赛后营养餐中一餐就达到了845卡路里(见表1)[12]。营养餐中的具体食谱也是根据运动员的项目和个人情况而制定的。对于教练员和训练团队来讲,在训练中和训练后科学合理利用现代科技,根据运动员的营养需求,制定科学的营养计划,尤其是在备战竞争激烈、比赛强度大的国际赛事以及奥运会周期中,对预防运动员损伤,提高运动员竞技能力有巨大的帮助。

表1 C罗2022年卡塔尔世界杯一餐饮食清单

2.2 科技助力运动员训练恢复

训练、比赛和生理恢复之间的动态平衡被认为是提高运动员表现的重要因素。众多研究表明,训练后的恢复对运动员的生理和心理状态都有极大的促进作用。因为恢复不足会导致生理和心理的疲劳、训练和运动表现下降,同时受伤的可能性增加。运动员在训练后和比赛期间的恢复,是教练员和运动员重点关注的问题。与传统的物理恢复方法(按压、按摩、理疗等)费时费力相比,科学技术在训练恢复中的应用则有效解决了此类问题,为运动训练的恢复提供了科学的依据。运动压缩服是根据动态压缩理论而研究出来的运动装备,有助于促进身体代谢物的排出,减少乳酸堆积,促进身体在短时间内得到恢复。研究表明,肌肉压痛和僵硬是疲劳和运动引起的肌肉微创伤和水肿的常见症状。动态压缩的方式有助于运动员减少淋巴阻塞,从而加强对运动导致炎症组织间隙中积聚的富含蛋白质和碎片的液体的清除,以达到减缓肌肉酸痛,消除身体疲劳的目的[13]。体外反搏技术主要治疗各种缺血疾病,但有研究表明,应用体外反搏技术,有助于促进运动员训练后的恢复[14]。国外针对体外反搏(ECP)技术,对团体运动员高强度运动后神经肌肉功能(垂直跳跃和扭矩/速度特征)、生化反应(肌酸激酶、皮质醇、睾酮、α-淀粉酶和免疫球蛋白a)和肌肉酸痛(视觉模拟量表)的影响研究出在高强度运动后,体外反搏技术对促进训练后身体机能的恢复有好的影响,并且对神经肌肉功能没有不良影响[15]。体外反搏治疗仪便是应用这一原理,对人体下肢肌肉施加压力,将下肢的血液驱回主动脉,增加心脏供养,减少心肌损耗,促进血液循环,加速乳酸等物质的清除,促进人体生理功能的恢复。体能快速恢复舱的问世对于运动员的下一次的训练状态提供了保障。除此之外,超低温冷冻舱、筋膜枪、“内喝外照”生物频谱等技术也在逐渐普及,对运动员身体恢复具有良好的效果。北京冬奥会备战期间,花样滑冰集训队运用热代谢体能恢复舱使隋文静、韩聪、金博洋等人在高强度的训练以及比赛中,保持了血清肌酸激酶(CK)动态平衡,缩短了延迟性肌肉酸痛的时间,消除了中枢神经疲劳和外周疲劳,助力花样滑冰代表队多名运动员创造了历史性的成绩[16]。

科技恢复手段的普及对于延长运动员职业生命和提高成绩起到了重要的促进作用。同时,二者也是相互促进的关系。科学技术的发展推动了恢复手段的进步,而运动员对恢复的需求又促进了科学技术的进一步发展。从科技作为在平时运动员训练后辅助性恢复手段的作用来看,其实是将人体本身的能力向更高的极限无穷贴近,这与奥林匹克精神里的“更快、更高、更强”的理念是相吻合的。在训练和赛后,要合理利用科技手段,保障运动员的身体健康,延长运动员的竞技状态。

2.3 科技助力运动员损伤恢复

康复治疗指的是在身体损伤后,对机体功能展开的一系列改善和加速损伤愈合的一种重要方式。体育运动造成损伤后的治疗与康复工作同等重要。良好的康复诊疗方法不仅能够促进身体的快速恢复,还能够减轻由于损伤而导致的不良心理情绪[17]。而对于专业运动员来讲,运动训练的高强度和大负荷决定了运动损伤的不可避免。这对后期的运动训练和竞技状态的保持等方面一直存在着困扰,并且是一个令世界各国教练员和运动员都非常头疼的问题。常出现的运动损伤类型有:肌肉拉伤、痉挛、韧带拉伤、软组织挫伤、骨折等。轻微的拉伤或挫伤经过休息和治疗3～4天即可恢复,而对于较为严重的损伤如骨折则需要3～4个月甚至更长的时间去进行恢复[18]。常规的恢复方法对于运动员来说恢复时间长,过程繁琐、甚至会出现恢复不彻底的状况,对以后的竞技状态以及健康造成不良影响,而科技手段应用于运动员损伤的恢复有效地解决了这些问题。研究指出,利用反重力跑步机训练可以减轻下肢损伤,减轻疼痛,同时对下肢运动损伤和骨关节的康复以及下肢骨关节病变术后功能恢复训练有重要作用[19]。美国的NBA以及德甲、英超等球队都在将反重力跑步机应用于运动员损伤的恢复,例如科比在脚踝跟腱撕裂重伤后复出前一个月运用反重力跑步机锻炼,缩短了重返赛场的时间[20]。

现代科技应用于运动损伤恢复,有效地促进了运动员伤病后身体机能的恢复,缩短了恢复的时间,使运动员快速回归训练,对运动员竞技状态的保持有一定的效果。同时,保障了运动员的身体健康,延长运动员职业周期,提高竞技成绩。美国备战东京奥运会期间,使用持续声学疗法帮助运动员损伤恢复[21],治疗肌腱损伤和引起的疼痛,以及关节炎、椎间盘突出等疾病。这个方法被超过90%的专业运动医生所认可[22]。吕小军在37岁的“高龄”还能夺得奥运会举重冠军的原因与科技的保障不可分割[23]。每次训练前,他都会使用筋膜枪激活肌肉,同时在训练后使用加压、冰敷设备以及低温舱、漂浮舱等科技手段保养身体,预防运动损伤。随着科技的发展以及训练理念的转变,科技助力运动员损伤恢复的应用将会越来越广泛。特别需要注意的是,运动损伤的恢复是一个复杂的过程。在恢复期间,要根据损伤的病理、病程、功能情况以及运动员个体之间的差异合理制定科学化、系统化的恢复方案。这样,既不会影响运动员身体恢复,又能保证竞技状态的延续。

2.4 科技助力运动员睡眠质量提升

睡眠是个体进行机体自我恢复、信息整合和巩固记忆的重要环节[24]。对于运动员来讲,高质量的睡眠是提高各种运动表现所必需的因素。现代竞技体育具有高强度、大负荷的特点。从生理学角度来看,睡眠有助于在剧烈运动和身体负荷变化后,促进肌肉及软骨的修复。睡眠不足,运动量和强度的增加,上呼吸道感染的风险也会增加[25]。由于在比赛和训练中,会大量消耗糖原,而睡眠不足,阻碍了运动后肌肉糖原的补充,损害了肌纤维微损伤的修复以及后续肌肉收缩的能量供应[26]。研究表明,运动员睡眠减少,特别是长时间的睡眠不足,对运动员的生理、情绪和认知方面的影响是相当大的[27]。另一项研究表明:对于运动员来说,睡眠对整体健康至关重要。睡眠不足,对运动员的反应时间、准确性、力量和耐力都会产生负面影响[28]。还有研究表明:训练比赛后,睡眠不足会导致肌肉骨骼疼痛和增加运动损伤的风险,例如会增加脑震荡发生的几率[29]。充足的睡眠有助于减缓高强度训练带来的生理压力和心理压力,促进疲劳的恢复,保持良好的精神状态和思维能力,提高在比赛和训练中的竞技水平,减少运动损伤的风险,保障下一阶段的训练。而在竞技体育中为了赢得比赛或者获得良好的训练效果,运动员需要承受巨大的生理和心理负荷,因此,整合自身各种能力,及时应对临场变化,才能将技战术水平发挥到极致。

以上研究表明,充足的睡眠对于保障运动员的身体恢复是必不可少的。现代科技,在保障运动员睡眠方面得以大量运用。2022年北京冬奥会期间,为了保障运动员的睡眠质量,冬奥村与麟盛科技合作,引进了智能床。在保障运动员在比赛期间良好的睡眠状态的同时,还可以分散身体压力[30],促进血液循环,释放比赛压力。深圳中航健康时尚集团在张家口冬季运动管理中心为运动员搭建运动睡眠健康管理系统,包括智能化睡眠测评装置——4P睡眠管家、主动睡眠干预系统——温灸推抚理疗床垫,为运动员提供有效的睡眠监测及睡眠评估服务,实现了对运动员睡眠状态的主动干预。根据运动员身体的需要灵活选择模式,放松肌体、舒缓压力,促进大脑深度放松,有效改善睡眠质量[31]。科技在保障运动员睡眠的同时,又帮助运动员实现了身体机能的快速恢复。

3 现代科技助力运动员训练恢复的实现路径

竞技体育是实现奥运争光计划、建设社会主义现代化体育强国,增强民族自信心和凝聚力的重要手段[32]。通过科技保障运动员的恢复,是保障运动员身体健康,提升为国争光能力的基本要求。特别是在竞争激烈的奥运会中,科技保障运动员的恢复,既是运动员保持良好竞技状态的重要手段,也是国家综合实力的重要体现。受疫情影响,东京奥运会推迟了一年,巴黎奥运会备战周期只有三年。奥运周期缩短,运动员在短时间内达到预期的成绩目标,对于其体能以及身体各方面都是一项严峻的挑战。因此,使用科技手段保障运动员比赛及训练后的恢复就显得尤为重要。

3.1 鼓励政府和社会多方合作交流,协同提升体育科技研发和科技转化能力

党的十九大报告指出“创新是引领发展的第一动力”。我国的体育科技领域资源整合不足、基础性理论研究和运动关键环节重大创新突破薄弱。因此,制定适应我国国情的竞技体育科技支撑行动计划,全方位加强科技创新对竞技体育高质量发展的支持与保障[33]迫在眉睫。安踏公司为了确保中国冬奥天团可以拥有最佳的运动服,曾耗时10年,斥资30亿元进行研发,并且还成立了全国首家国家级运动科学实验室,同时在美、日、韩、意和中国,建立了五大设计研发中心,共计拥有200名国际设计研发专家[34]。因此对于竞技体育科技的研发,应坚持“科体协同”思想,发挥国内体育产业的优势,积极参与和构建多边科技合作机制。以美国为例,为了提升科技助力水平,美国奥委会发挥本国商业优势,与硅谷合作,设立科技创新基金,依托硅谷的科技底蕴,致力于建设长期为运动员服务的技术体系,为美国的科技备战作出了巨大的贡献[35]。对于我国来说,虽然体育科技的研究较发达国家还有很大差距,但是我们有制度优势,应该充分发挥新型“举国体制”的优越性,整合政府、市场和社会组织在科技备战中的主体力量, 发现、挖掘、调动市场和社会的积极性,加大资金投入力度,加强基础领域的研究,引领科技创新,推动由中国制造向中国“智”造的转变。同时要深化科技评价激励制度,充分激发企业活力,促进企业加大研发投入,增强发展的内生动力[36]。

3.2 以运动员竞技能力提升为核心,建立复合型医疗保障团队

运动员的健康监控是奥运备战周期的重要环节。运用科技手段保障运动员的训练,有助于加快运动员身体恢复,预防运动损伤,在赛场上获得优异的成绩。因此大力推进“科学训练复合型团队建设工程”,加强体育强国建设科研攻关、提供科技服务和医疗保障服务,组建各运动项目的复合型科研医疗团队是科技备战奥运的行之有效的方法[37](见图2)。加压冷疗仪、微压氧舱、漂浮舱等高科技设备的成功应用为中国举重队在东京斩获7金[38];生物力学测试系统、准备状态监测系统等记录的大量科学数据帮助中国赛艇队在东京奥运会实现一次又一次的突破;科医复合团队是中国游泳队一次次夺金背后的“顶梁柱”。以复合型医疗团队为基础,抓好热身、恢复、营养、体能、供能、技术、模拟、数据八个环节[39],重点围绕睡眠、营养恢复、训练方法手段、器材开发、伤病预防、疲劳恢复等进行研究。通过对运动员机能的科学评估,制定科学的训练方案,保证科技助力的专业性、全面性,从而为运动员提供更加精准和全面的科技助力服务。

图2 高水平复合型训练医疗团队人员组成

3.3 加强新型现代科技人才培养,为竞技体育训练科技创新提供人才支撑

推动竞技体育科技创新,建设一支规模庞大、结构合理、高素质的创新型人才队伍显得至关重要[40]。例如,法国的体育科技研发虽然没有设置专门的机构,但是为了科技备战奥运,法国加强与国立体育学院的合作,依托体育学院的人才资源及地理环境优势,构建了体育科技创新平台,并为体育科研培养了大量的专门人才[41]。我国独立设置的高等体育院校,竞技体育服务的水平还很低,与美国这样的竞技体育大国相比仍有很大的差距,但是我国有着数量庞大的高等院校以及科研院所,因此要充分发挥高校科研力量强、设备齐全、智力密集的潜在优势,进一步整合国内高校、科研院所等机构的优秀专家队伍,定期开展针对体育科研人员的业务培训;加强国际人才之间的交流,选派优秀中青年科研骨干到国外短期培训,增强自身的科研实力;通过引进、聘请的方式,广泛吸纳具有优秀科研能力的人才以及执教经验丰富的专家。改革课程体系,打破体育与其他学科的界限,实现跨学科领域的研究创新,设置更多交叉学科的选修课,培养学生的跨学科思维,利用高校资源,为体育科研培养后备人才,促进科技助力的持续发展。突破原有的院系限制,积极倡导交叉学科的选题,并鼓励不同院系、专业的导师小组开展交叉学科的教学,以扩大对新型体育科学技术人才的培养[42]。

3.4 强化现代体育科技在训练备战的综合应用,全面提高科技备战奥运水平

面对巴黎奥运会的诸多不确定性,科技助力奥运备战显得非常重要。科技工作者要充分利用仪器设备,科学掌握运动员疲劳程度、睡眠质量和训练强度,制定科学的营养和睡眠计划,把损伤风险降到最低。美国的花样滑冰国家队与“4D运动公司”合作,专门为奥运选手提供影像数据分析支持,通过加速计技术感知跳跃负荷,并将数据传输给负责人,远程对数据分析,帮助运动员完善跳跃并防止受伤[43]。北京冬奥会期间,“人—机—环”训练模式,全方位助力运动员的赛场表现[44]。“人”指的是体能训练、训练监测、技术分析和诊断、医疗保障、心理辅导等;“机”,即设备与材料的更新与开发;“环”指场地监控、环境预报等一系列场地系统,以及场地模拟系统,包括全季节的场地训练、风洞训练等。这一体系帮助中国“飞人”苏炳添在东京奥运会上跑出了惊艳亚洲的成绩。因此在奥运备战过程中,要坚持以科技为导向,在不干预运动员原有训练计划的情况下,在优势项目和重点运动员的训练过程中,强化对先进设施、装备的运用,提升训练的信息化、智能化程度,最终实现体育科技服务各层次运动员的全覆盖。对于有潜力的项目运动员,敢于打破原有的训练体系,勇于创新训练理念,加强科技手段的应用,以科技助力其成绩的提升。

4 结语

科技助力已经成为世界各国备战奥运的必要组成部分。高科技保障运动员训练的每一环节,已经成为大势所趋。科技助力对营养的优化、机体恢复、训练损伤风险的降低及身体损伤后的恢复具有现实价值及实践意义。现代科技促进运动员训练恢复应鼓励政府和社会多方合作交流,协同提升体育科技研发和转化能力;以运动员竞技能力提升为核心,建立复合型医疗保障团队;加强新型现代科技人才培养,为竞技体育训练科技创新提供人才支撑;加强现代体育科技在训练备战中的综合应用,全面提高科技备战奥运水平。